燃煤飛灰潤濕性能實驗研究

胡金余，李增勃，汪亞斌，李文選

（陜西延長石油（集團）有限責任公司碳氫高效利用技術(shù)研究中心，陜西 西安 710075）

中國是目前世界上最大的煤炭生產(chǎn)和消費國，燃煤飛灰顆粒已經(jīng)成為國內(nèi)大氣顆粒物的主要來源之一，煤燃燒1 t煤就會產(chǎn)生250~300 kg粉煤灰。大量粉煤灰進入大氣會造成污染，且容易被人體吸入，嚴重危害人類健康。同時，這些細微顆粒物因為是誘發(fā)全球氣候變化、煙霧事件和臭氧層破環(huán)等重大環(huán)境事件的重要因素［1］。

煤氣化技術(shù)是現(xiàn)代煤化工的基礎(chǔ)，是產(chǎn)生燃煤飛灰的原因之一。目前國內(nèi)外氣化技術(shù)眾多，以固定床、移動床為主的氣化技術(shù)，多以塊煤和小顆粒煤為原料，裝置規(guī)模、原料、耗能及環(huán)保的局限性較大；現(xiàn)階段最具有代表性的流化床和氣流床技術(shù)，存在焦油殘留、甲烷含量偏高、碳轉(zhuǎn)化率偏低及液態(tài)排渣等問題［2］。

目前延長石油（集團）碳氫高效利用技術(shù)研究中心研發(fā)的中試階段的流化床技術(shù)，使得反應(yīng)溫度可以提升至1 200℃左右，解決了常規(guī)流化床氣化中存在的問題，而且具有合成氣產(chǎn)量高、質(zhì)量好等技術(shù)特點。

該氣化技術(shù)裝置采用干法排灰，避免了黑水排放，減少了工業(yè)水的使用量。但是干法排灰所帶來的燃煤飛灰顆粒污染問題同樣嚴重影響著裝置的穩(wěn)定運行［3］。文中以該中試氣化技術(shù)產(chǎn)生的飛灰為對象，通過最直觀的方法，考察適宜的潤濕劑；并通過激光粒度法，找出最適宜的溶劑濃度。

1 裝置排灰方式

灰倉現(xiàn)有排灰方式為間歇排灰，排灰管線直徑27 cm，長約10 m，底部安裝散裝機，在需要排灰時，先打開1道電磁插板閥下料，待料位下到一定程度后打開另1道手動插板閥，伸開灰倉下方的散裝機將灰排至灰車內(nèi)，在灰車車廂上用油布遮蓋，實驗期間產(chǎn)生的灰直接從灰倉排入灰車車廂中。

灰渣自上而下時有落差，產(chǎn)生向下的沖擊力，卸灰時出現(xiàn)外揚，污染環(huán)境，對此進行實驗研究。

2 實驗部分

2.1 實驗樣品

該裝置灰倉中的灰主要是投煤前的50~60目粗砂、70~140目細砂、45~600μm粗灰，25~50μm細灰組成。某次開車固體進料234.1 t，其中煤粉194.5 t，1段爐粗砂10.4 t，2段爐4.3 t，400-C細砂24.8 t，灰倉排灰累計155.78 t。分析數(shù)據(jù)見表1。

表1 實驗樣品灰渣工業(yè)分析數(shù)據(jù)

從表1可以看出，樣品中灰分含量較高，主要組成為硅、鋁等元素的氧化物，因此在選擇潤濕劑時選擇偏堿性的溶劑。

2.2 實驗儀器及溶劑

儀器：丹東百特儀器有限公司Bettersice 2000 LD激光粒度分析儀、昆山KQ-500E超聲波清洗器、100 mL燒杯3個、玻璃棒3支、pH試紙

溶劑：水、家用洗滌劑、灰潤濕劑、NaOH

2.3 實驗原理

采取定性方法找出適宜的潤濕劑，再通過對上部溶液中飛灰顆粒采取激光粒度分析，通過測定懸浮液中飛灰顆粒分布，間接研究燃煤飛灰在潤濕劑中的潤濕性能。懸浮液中顆粒含量越低、粒徑越小說明有更多的顆粒被潤濕、沉降，也表示飛灰顆粒在該潤濕劑中的潤濕性能越好［4］，進而找出適合溶解吸附的溶劑。

2.4 實驗步驟

2.4.1 不同溶劑對灰潤濕效果（1）首先直接選取水。用燒杯量取50 mL水，稱取1.5 g樣品，直接將樣品緩慢倒入水中，超聲振動5 min，發(fā)現(xiàn)樣品懸浮在水中，沉降1 min，樣品部分漂浮在水面和器壁上，部分沉淀在燒杯底部。通過觀察得出，水不適合作為潤濕灰渣的溶劑；（2）選取市場常見的洗滌劑。洗滌劑的主要組成是表面活性劑，而表面活性劑的吸附作用是洗滌的核心［5］。首先用燒杯量取50 mL水，加入3 g洗滌劑，用NaOH溶液中和，使pH在7~11之間，稱取1.5 g樣品，直接將樣品緩慢倒入溶液中中，超聲振動5 min，發(fā)現(xiàn)水中懸浮物較（1）中明顯減少，但還是存在，沉降1 min，燒杯底部有少量沉淀，水面有少量漂浮物。通過觀察，家用洗滌劑潤濕效果比（1）好；（3）根據(jù)實驗（1）（2），進一步選擇南京大學提供的吸附功能好的表面活性劑，保證pH在7~11之間。在同樣條件下做了對比實驗，觀察出溶劑與樣品潤濕效果好。

2.4.2 不同濃度潤濕劑對灰潤濕性能的影響將前期處理好的潤濕劑分別配置成0.25%、0.5%、1%質(zhì)量濃度，超聲振動5 min，然后沉降3 min，此時部分飛灰被潤濕沉降到容器底部，采用激光粒度分析儀測定上部溶液飛灰粒徑見表2。

表2 不同濃度的溶劑下飛灰的粒徑

由表2可知，潤濕劑中懸浮顆粒的粒徑比水中小得多，說明燃煤飛灰顆粒在潤濕劑中具有更好的潤濕性能。粒徑D50逐漸減少，說明當溶劑濃度低于1%時，增大潤濕劑濃度可促進飛灰顆粒的潤濕。潤濕劑濃度低于0.5%以下時，隨著潤濕劑濃度的增大潤濕性能迅速增大；潤濕劑濃度從0.5%增大到1%時，潤濕性能隨濃度增大變化不明顯。

3 結(jié)束語

南京大學提供的灰潤濕劑與灰潤濕效果良好，可作為潤濕劑；潤濕劑pH值在7~11之間，當潤濕劑潤濕劑濃度低于0.5%以下時，隨著潤濕劑濃度的增大潤濕性能迅速增大；潤濕劑濃度從0.5%增大到1%時，潤濕性能隨濃度增大變化不明顯。